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1、炭黑生产的环境保护综述第 4 期张海选:炭黑生产的环境保护综述炭黑生产的环境保护综述张海达.(中槔集团炭黑工业研究设计院 643000)摘要本方对炭黑生产的各种污染源进行了综述,并从技术和臂理上提出了治理环境污染的措施和途径.关词炭黑污染源环境保护治理1 前言众所周知,炭黑因其在生产过程中对环境造成的污染,给人们造成了极不好的印象,炭黑工业被喻为重污染的行业.近年来,随着世界和我国对污染的高度重视,并推行可持续发展的战略,炭黑行业要生存和发展,环境污染的治理已刻不容缓.2 炭黑生产的主要污染源我国炭黑以天然气半补强炭黑,油炉法新工艺炭黑,乙炔炭黑槽法炭黑和混气炭黑为代表.在生产过程中均或多或少
2、的存在废水,废渣,废气,粉尘,噪音和振动等污染源.2.1 废水从炭黑生成的化学反应分析,乙炔炭黑的反应式为原料碳化钙(电石 )与水反应制取乙炔气,乙炔气在高温下裂解生成炭黑:CaC2+2OCa(OH)2+c2 十4C2 一 c8H+7/2 十槽法,混气,天然气半补强和油炉法新工艺嵌黑的主要反应为原料的不完全燃烧反应,完全燃烧反应和脱氢生成炭黑反应:ClIv+(xy/4)O2xC02t+y/2H20 十CH+(x/2+y/4)O2 一 xC02 十 y/2H20 十CH 一 x/8c8H+(y/2 一 rJ16)十另外还存在副反应等其他较为复杂的反应,在此不一一列举.从以上各化学反应可知,虽然随
3、着炭黑的生成有水分子的生成,但它是以气态的形式出现并让其放空.所以在炭黑的生成过程中,本身并不产生废水和污水.那么,在生产中的污水和废水又是怎样产生的呢?除了生活污水而外,设备冷却,水封和冲洗地面及打扫卫生都会产生废水和污水.通常因冷却设备用的外冷水形成的废水通过降温可循环使用,对环境不造成污染.而水封和冲洗地面等造成的炭黑污水,以一个万吨级的气炉法半补强炭黑厂为例,每天至少有 200300m3的炭黑污水产生,其中悬浮物的含量一般在400800mg/L 范围内,有的甚至更高,大大超出了国家允许的排放标准(300mg/L),如果不处理直接排放,就会造成相当严重的水污染.2.2 废气通常生产炭黑的
4、废气即指炭黑尾气,它主要含有 H2,N2,02,CO,CO2,0(气态)和微量的 so=等成分 ,其中 CO2,CO 和 so2 对大气环境是有害的.生产不同类别炭黑时的尾气成分差别较大,参考数据见表 1.36 炭黑工业 2001 年注:QL 为低位发热量,单位 k/m;0 富氧纯天然气半补强炭黑的富氧空气椎度为 33.5%.从表 1 可以看出,炭黑尾气含有害成分的比率较大,并且都是具有利用价值的可燃性气体,如果不回收利用,既浪费资源又污染环境.另外,油炉法炭黑在进行鼓风式油脱水和采用湿法造粒工艺时还会产生废气.前者排出的废气主要成份为空气,其中含有机油组分,油的气味较浓;后者排出的废气成分为
5、c02,M 和 H2O(气态),其中含有炭黑粉尘.这两种废气如不处理直接排放,也会给环境造成污染.2,3 废渣炭黑厂可能产生的废渣主要有氢氧化钙(以电石为原料生产乙炔炭黑才有), 油渣(以纯天然气或煤矿瓦斯为原料生产炭黑的工厂没有),废旧耐火材料,炭黑泥 ,不台格品炭黑,废滤袋,废包装袋,废设备和保温材料等.这些废渣不妥善保管或任意堆放,会对环境造成污染.2.4 粉尘炭黑生产过程中产生的粉尘主要是炭黑粉尘.炭黑被完全收集下来是最为经济的,但由于设备,管道密封不严和振动,操作工人不严格操作纪律,设备损坏尤其是滤袋破损,设备检修,炭黑包装和运输等方面的原因会造成炭黑粉尘的泄漏并在空气中飞扬,污染环
6、境.目前实行的国家标准允许碳黑尾气中含有的炭黑粉尘最高为 18r,Wm3.2.5 噪音炭黑生产装置中含有许多转动设备,均会产生大小不同的噪音.如高速离心风机的噪音约为 90105dB(A), 水泵为 7580dB(A),微米粉碎机为 95dB(A),空压机为 8090d 丑(A),造粒机为 6575dB(A),罗茨风机为 95115dB(A),万吨级装置的主供风机为9095dB(A).我国工业企业噪声卫生标准 TJ3679对新建,扩建和改建企业允许的噪音如下:每个工作日接触噪声时间,h8421允许噪声,dBlA)85889l94可见,我国的工作制度为每班 8 小时,允许的噪声为85dB(A),
7、 由此看来生产炭黑的高速离心风机,罗茨风机,空压机和微米粉碎机产生的噪声是超标的,应采取消声措施.另外,气体的放空如高压蒸汽,压缩空气和高压风机排出的气体排空也会产生很大的噪声,如不采取消声措施也会造成环境污染.2.6 振动凡是有转动设备或介质的流动,就有振动产生.振动太大会损坏设备,管道和建筑物,从而引起介质泄漏和粉尘飞扬,还会产生噪音,如不采取措施也会成为一个污染源.3 炭黑生产污染的治理炭黑生产对环境造成污染是不可避免的,关键是有没有治理污染的设施,措施和严格的管理,把各种污染控制到最低限度.污染的治理除加强管理外,要从两方面着手.一是从技术上采用新工艺,新设备和新材料,防止或减少污染的
8、产生,二是治理污染的设第 4 期张海迭:炭黑生产的环境保护综述 37施.只有两方面都考虑周全,才会达到保护环境的最佳效果.3.1 废水的治理生产炭黑时产生废水主要是油脱水装置的洗涤水.反应炉,冷却塔,风机,空压机,粉碎机,湿法造粒和干燥机的设备冷却水.冷却塔的水封及打扫卫生冲洗地面和楼面产生的含炭黑污水.脱水装置的洗涤水都是循环使用的,因其含有油污,故有不定期的少量含油污水排出.此枵水通过三级隔油池处理即可除去95%以上的重油和轻油,然后再重新用作洗涤水或排人全厂枵水处理系统进一步处理回收利用.放空空上 c油脱水工艺流程图设备外冷水本身为非污染水,通过降温处理就可循环使用,只有不定期的少量排污
9、水产生.另外,采用新技术能够减少外冷水的产生.如万吨级新工艺炭黑生产装置的反应炉就没有外冷水,也没有冷却塔,这就大大降低了外冷水量的产生.每小时减少的外冷水量至少有 15 吨.含炭黑的污水也是可以控制的.如取消冷却塔的水封或冷却塔这个设备,就会消除水封污水的产生,特别是天然气半补强炭黑的冷却塔.另外,加强设备和管道的密封,采用湿法造粒,炭黑自动包装,尽量减少炭黑散落于地面,从而减少地面冲洗产生的含炭黑污水.因炭黑产品是黑色的,再加上此物容易堵塞设备和管道.虽然工厂从技术上采取了各种措施,然而设备检修和泄漏是不可避免的,所以必然会产生炭黑污水和前面提到的各种排污,包括浴室的排污水,这些污水可以集
10、中起来采用斜管沉降闭路循环工艺技术进行处理(工艺流程见图 2),处理后的清水可达标排人或作为炭黑生产的内冷水用.并对产品质量无影响.从污水中分离出来的炭黑泥可晾干作废品卖掉.采用此技术的厂家有四川石油管理局的隆昌炭黑厂和泸州炭黑厂等厂家.圉 2 斜管沉降和闭路循环的工艺流程图3.2 废气的治理槽法和混气炭黑尾气的利用价值不大.其他炭黑尾气都具有较高的利用价值.如果回收利用,既治理了废气,又节约了能源.变废为宝.乙炔炭黑的尾气富古氢气,通过变压吸附技术(PSA)可获得高纯度的氢(99%以上).氢气进一步加工就可生产双氧水.+O2 一 O2(双氧水)天然气半补强炭黑和新工艺炭黑的尾气治理通常采用的
11、办法是焚烧.如果要回收余热可烧锅炉生产蒸汽或发电.不便回收的余热也可焚烧后就地放空,消除有害成分的污染(对于 co2 的污染,会形成温室效应影响环境.但这是一个有待解决的世界性难题).炭黑尾气的焚烧设备除了锅炉外,主要是火炬和焚烧炉.上海卡博特 3 万吨炭黑装置的尾气就是直接在放空烟囱顶部烧火炬放空.尾气焚烧沪有卧式炉和立式炉,两种炉子都能很稳定可靠地焚烧尾气四川某厂的尾气炉发黑工业 2001 卑为立式炉,万吨缓炭黑装置的尾气炉和上海四方锅炉厂的前置炉为卧式圆筒炉,采用这两种炉型的尾气与空气配比一般为 1.52.5.炉内温度可达 10001250.油脱水装置排出的废气如前所述,主要是空气中央带
12、有少量油污,通过喷淋洗涤净化后就可直接排空.湿法造粒干燥机火箱内排出的废气主要成分为 N2,CO 和 H2O(气态), 可直接通过烟囱排空.干燥机滚筒内排出的废气组成同火箱内排出的废气,不同之处是含有大量粉状炭黑,通过排气袋滤器收集炭黑后,粉尘含量在 18mg/m3 以下就可达标排放.3.3 废渣的治理以电石为原料生产乙炔炭黑的废渣主要有氢氧化钙,工厂可以采用一个专门的大坑存放,并经风干(不流动为宜)就可作为建材卖掉.生产混气炭黑和油炉法炭黑的油渣主要是指散落在地面,油罐底部和汽化釜形成的油渣等.可以作一个地下油坑或容器将它们集中贮存起来.达到一定量后作为筑路油或掺混到煤炭内作为燃料烧掉.废耐
13、火材料,保温材料,滤袋和包装袋可送垃圾场集中堆放或掩埋.废滤袋和废包装袋采取焚烧的方式会产生大量烟尘,是不可取的.设备检修换下的废钢等材料如果没有保留价值可送金属回收公司回收利用.生产过程中产生的不台格品炭黑和分析化验后的样品,可以慢慢地回到生产相近炭黑时的风送系统中,经粉碎后成为台格品.冷却塔,空预器底部堆积的炭黑和枵水处理产生的炭黑泥因含有较多杂质,沙和灰分等,不能进入系统回收,可风干后与扫地炭黑一起作为废品炭黑卖给橡胶杂件厂回收利用.3.4 粉尘的治理生产炭黑时容易造成粉尘污染的部位有:反应炉和冷却塔的急冷水抢插孔 ,冷却塔放空口和水封,风机机壳与轴间的间隙处,脉冲袋滤器螺旋的两个端盖处
14、.炭黑尾气带走的粉尘,干法造粒机包装口,湿法造粒系统干燥机滚筒排气,自动包装机的包装口及输送机.设备维修等.另外,操作不规范也会人为的造成粉尘污染.以往冷却塔和反应炉的急冷水枪是用塞子作密封件,本身密封不严另外在检查和更换水抢时造成大量高温炭黑烟气往外喷,不仅易烫伤人,也污染环境.现在采用高温球阀作切断阅就克服了此问题.上水枪时,先关切断阀,再上好水枪的外密封盖.然后打开切断阀,将水枪插人烟气中,卸水枪时.先将水枪抽出切断阀外,关闭切断阅.然后旋下水枪外盖即可取出水枪.冷却塔的放空压盖是作为烘炉和紧急情况下放空用的,水封起防爆作用.在生产过程中,炉膛超压,容易造成水封封不住和压盖被顶开向外冒炭
15、黑烟气.在紧急情况下,操作工人拉开压盖放空也会排出大量炭黑烟气.实际上冷却塔的粉尘污染采用新工艺是完全可以避免的.如万吨级炭黑装置和国内有些厂家已取消冷却塔,将紧急情况下的放空移到袋滤器后的尾气管上.另外,冷却塔水封易堵,通常起不到应有的防操作用,完全可以在袋滤器上设防爆膜或自动泄压控制阁.冷却塔的急冷可以完全转移到反应炉的急冷段.即使有的反应炉(硬质炉 )炉体鞍短,冷却塔不能取消,也可将下部封盲死.在操作上不轻易使用放空压盖,也会减轻冷却塔的粉尘污染.风机机壳的轴间粉尘泄漏,除加强常规的填料密封外,江汉油田炭黑厂的作法是值得推广的 L2J.即在风机的后盖上加一个密封盖.并设吸尘管与风机进口连
16、通,形成自洁式风机.另外也有专家提出在风机内加一个反向的小叶轮,将空气往内抽,晴止粉尘外泄.脉冲袋滤器的螺旋输送器两个端盖的泄漏可以采用加耐高温的弹性橡胶密封件来解第 4 期张海达:发黑生产的环境保护综述决.炭研院橡胶制品厂已成功地开发了此产品.另外,脉冲袋滤器除了花板和文氏管外,多采用碳钢制作.众所周知,由于炭黑烟气的腐蚀性较强,一般使用年限在 2 年左右就会穿孔,造成粉尘的泄漏,实际上,采用全不锈钢的袋滤器对保护环境有利,同时还具有较好的经济效益.目前,工人的换袋操作是锟不规范的,乱扔乱放现象较为严重,容易造成大量的粉尘污染.实际上,严格换袋操作程序是可以克服的.换袋之前应先将炭黑尽量清扫干净,然后准备好装废袋的口袋,换下一报袋子就将其卷好装入装内,装满后封紧袋口.袋滤器最好配有换袋吸尘系统,以便在换袋时空气是从外向内,致造成粉尘外泄.PHR 脉冲袋滤器的换袋都是在箱外顶部完成的,宜一格一格的进行,先抽出骨架,然后将滤袋在口子处抽出一点卷一点,卷完装入袋中,这
